Dosen Pembimbing : Prof. Ir. Ontoseno Penangsang, M.Sc, Ph.D. Dimas Fajar Uman Putra, ST., MT. Oleh : Rahmat Septian Wijanarko

(1)

PENENTUAN PERALATAN UNTUK MEREDAM

HARMONISA BERDASARKAN JENIS SUMBER

HARMONISA, ORDE DAN MAGNITUDE HARMONISA

DENGAN MEMPERHITUNGKAN BIAYA INVESTASI DI

PT.WILMAR NABATI, GRESIK

Oleh :

Rahmat Septian Wijanarko

2210 100 123

Dosen Pembimbing :

Prof. Ir. Ontoseno Penangsang, M.Sc, Ph.D.

Dimas Fajar Uman Putra, ST., MT.

(2)

1 _{LATAR BELAKANG}

TUJUAN TUGAS AKHIR

SISTEM KELISTRIKAN PT. WILMAR NABATI

SIMULASI DAN ANALISIS

Outline Presentasi

2

3

4

6 KESIMPULAN

5 TEORI PENUNJANG

(3)

Latar Belakang

• PT. Wilmar Nabati, Gresik merupakan perusahaan yang

memproduksi minyak nabati, oleo chemical, bio energy dan

produk sampingan berupa pupuk.

• Terdapat permasalahan kualitas daya (power quality) yaitu

berupa munculnya gangguan harmonisa.

• Beberapa peralatan di industri yang umumnya digunakan

untuk meredam gangguan harmonisa antara lain trafo

penggeser fasa, filter harmonisa (aktif dan pasif) dan reaktor.

(4)

1 Karakteristik

Harmonisa

di sistem

4 Penentuan

Peralatan

Peredam

Harmonisa

2 Tingkat

Efektifitas

Peralatan

3 Biaya

Investasi

(5)

Teori Penunjang

Harmonisa

Peralatan

Peredam

Harmonisa

Standar

Harmonisa

(6)

Teori Penunjang

Harmonisa

komponen sinusoidal tegangan dan arus yang mempunyai frekuensi kelipatan

bilangan bulat (integer) dari frekuensi dasar pada kondisi steady state

(7)

Teori Penunjang

Indeks Harmonisa

Untuk mengetahui besarnya pengaruh harmonisa pada sistem tenaga listrik

digunakan istilah

Total Harmonic Distortion

(THD)

1

2

2 V

V

THD

h

V







1

2

2 I

I

THD

h

I







Keterangan :

THD_V dan THD_I adalah THD tegangan dan THD arus

V_h dan I_h adalah tegangan dan arus harmonisa

(8)

Teori Penunjang

Standar Harmonisa

Standar harmonisa tegangan yang digunakan adalah IEEE std. 519-1992

Tegangan Bus Pada PCC

_{Individual / IHD (%)}

Distorsi Tegangan

_{Total / THD (%)}

69 kV dan ke bawah

3,0

5,0

69,001 kV sampai 161 kV

1,5

2,5

161,001 kV dan ke atas

1,0

1,5

Keterangan :

PCC = Point of Common Coupling IHD = Individual Harmonic Distortion THD = Total Harmonic Distortion

(9)

Teori Penunjang

Standar Harmonisa

Standar harmonisa arus yang digunakan adalah IEEE std. 519-1992

Distorsi Harmonisa Arus Maksimum dalam % terhadap I

_L

I

_SC

/I

_L

Orde Harmonisa Individual

<11

11 

h



17 17



h



23 23



h



35 35



h

TDD

< 20

*

₄

₂

_1,5

_0,6

_0,3

₅

20 – 50

7 3,5

2,5

1 0,5

8 50 – 100

10 4,5

4 1,5

0,7

12 100 – 1000

12 5,5

5

2

1

15 > 1000

15

7

6 2,5

1,4

20

Keterangan :

Isc = Arus hubung singkat maksimum pada PCC

IL = Arus beban maksimum (komponen frekuensi fundamental) pada PCC TDD = Total Demand Distortion

Harmonisa orde genap dibatasi 25% dari Harmonisa orde ganjil di atas.

Tidak diperbolehkan distorsi arus yang dihasilkan sistem DC, contohnya konverter setengah gelombang

*_{Semua peralatan pembangkit listrik terbatas pada nilai-nilai distorsi arus terlepas dari I}

(10)

Teori Penunjang

Peralatan Peredam Harmonisa



Trafo Penggeser Fasa



Filter Harmonisa Pasif



Reaktor

(11)

Teori Penunjang

Peralatan Peredam Harmonisa (1)

Trafo Penggeser Fasa

Prinsip kerjanya :

Mensuper-posisikan komponen-komponen harmonisa yang ada di dua

cabang beban sistem sehingga saling meniadakan.

(12)

Teori Penunjang

Peralatan Peredam Harmonisa (2)

Filter Harmonisa Pasif

1. Digunakan untuk mereduksi harmonisa orde frekuensi

tertentu

2. Prinsip kerjanya adalah resonansi yaitu dengan cara menyediakan jalur yang

impedansinya rendah pada frekuensi-frekuensi harmonisa.

3. Pada filter harmonisa pasif jenis

single-tuned

, hanya ada satu orde yang ditala.

R

C

L

(13)

Teori Penunjang

Peralatan Peredam Harmonisa (3)

Reaktor

1. adalah sebuah peralatan induktor yang dipasang secara seri pada saluran.

2. Reaktor dirancang untuk mengurangi arus yang mengalir pada saluran terutama

saat terjadi hubung singkat.

3. Dalam beberapa kasus (pada gambar 4), penggunaan reaktor juga dapat

mengurangi harmonisa, contohnya

load reactor

dan

line reactor

.

(14)

Flowchart Peredaman Harmonisa

MULAI

Pengumpulan data yang dibutuhkan (data single line diagram, data peralatan

dan data pengukuran harmonisa)

Tidak identifikasi karakteristik harmonisa a Indeks harmonisa tegangan sesuai standar Penempatan dan perhitungan reaktor Penggunaan Phase Shifting Trafo Indeks harmonisa arus sesuai standar Ya Tidak Pemodelan sistem kelistrikan secara keseluruhan

Simulasi dan analisis aliran daya (load flow)

Nilai profil tegangan sesuai standar

Pengaturan Tap Trafo

a

Ya

Tidak

Simulasi dan analisis aliran dayaharmonisa

(harmonic load flow)

SELESAI

Penempatan dan perhitungan filter

harmonisa pasif

(15)

Sistem Kelistrikan

PT. Wilmar Nabati, Gresik

(16)

Sistem Kelistrikan

PT. Wilmar Nabati, Gresik

Data Grid dan Generator

ID Type Rated kV MW Mvar Mode

Operasi % PF

PLN Segara Madu Power Grid 20 18,17 2.7 Swing 97.62

ID Type Rated kV MW rating MVAR rating Mode Operasi % PF BPT 1 Generator Sinkron 0.4 9.4 5.4 MVAR Control 86.71 BPT 2 Generator Sinkron 0.4 2.5 1.5 MVAR Control 85.75 DEG 1 Generator Sinkron 0.4 1 0.6 MVAR Control 85.75 DEG 2 Generator Sinkron 0.4 1.2 0.7 MVAR Control 86.38 DEG 3 Generator Sinkron 0.4 1 0.6 MVAR Control 85.75 DEG 4 Generator Sinkron 0.4 1.4 0.8 MVAR Control 86.82 NGT Generator Sinkron 0.4 6 3.5 MVAR Control 86.38 STG 1 Generator Sinkron 0.4 14.2 8.5 MVAR Control 85.8 STG 2 Generator Sinkron 0.4 14.2 8.5 MVAR Control 85.8

(17)

ID Bus / Plant Rating Daya (MVA)

Rating Tegangan (kV)

Air Comp. Bus 51001 1.25 10.5 / 0.4 Biodiesel Bus 52001 5.7 10.5 / 0.4 Biodiesel 3 Bus 52001 5.7 10.5 / 0.4 Biorefinery Bus 181 5.1 10.5 / 0.4 Blow Moulding Bus 51003 1.6 10.5 / 0.4 Boiler Bus 54003 2.5 10.5 / 0.4 BWRO Bus 57001 1.6 10.5 / 0.4 CPC Bus 51003 1.25 10.5 / 0.4 CPC 3 Bus 58003 2.5 10.5 / 0.4 CPKO Plant Bus 41006_B 1.3 10.5 / 0.4 FAL Compressor Bus 57001_BA 2 10.5 / 0.4 Fatty Acid 01 + Hydrogenat. Bus 54003 2.5 10.5 / 0.4 Fatty Acid 02+03 Bus 53001 4.1 10.5 / 0.4 Fatty Alcohol Bus 57001_BA 8.7 10.5 / 0.4 Finishing SUB Bus 51004 2.5 10.5 / 0.4 Flour Mill Bus 59002 6 10.5 / 0.4 H2 Electrolysis Bus 53002 9 10.5 / 0.4 H2 Hydrochem 01 Bus 41006_B 1.3 10.5 / 0.4 Jetty & SWRO 1 Bus 56004_A 2 10.5 / 0.4 ME-Fract Bus 52002 2.8 10.5 / 0.4 MES Bus Coupling 4.5 10.5 / 0.4 New Compressor Bus 41006_B 2.9 10.5 / 0.4 NPK 01 Bus 56002 5 10.5 / 0.4 NPK 02 Bus 56002 2.5 10.5 / 0.4 NPK 03 Bus 59003 2.5 10.5 / 0.4 PDAM Bus 51005 0.8 10.5 / 0.4

Data Trafo

Sistem Kelistrikan

(18)

Data Trafo (lanjutan)

Sistem Kelistrikan

PT. Wilmar Nabati, Gresik

ID Bus / Plant Rating Daya (MVA)

Rating Tegangan (kV)

PFAD GLY Bus 58002 2 10.5 / 0.4

PKC 1 Bus 56001 5.82 10.5 / 0.4

PKC 2 Bus 56001 6 10.5 / 0.4

PK Solvent Extraction Bus 59001 5.8 10.5 / 0.4 Ref & Fract 2600T Bus 58001 5.9 10.5 / 0.4 Ref & Fract 3000T Bus 58001 6.4 10.5 / 0.4 Refinery & Frac 3100TPD Bus 58001 5.9 10.5 / 0.4

RO / ETP Bus 57001 1.25 10.5 / 0.4

Rock Grinding Bus 59005 bay 2 10.5 / 0.4 SWRO 2 &3 Bus 59005 2 10.5 / 0.4

T1 Bus 34000 25 10.5 / 0.4 T3 Bus 31000 6.4 10.5 / 0.4 T4 Bus 31000 6.4 10.5 / 0.4 T5 Bus 10 2 10.5 / 0.4 T7 Bus 14 2 10.5 / 0.4 T8 Bus 16 2 10.5 / 0.4 T10 Bus 18 2 10.5 / 0.4 T11 Bus 20 4 10.5 / 0.4

Text Line 4 Bus 54014 0.5 10.5 / 0.4 Texturizing L1,2,3 Bus 54014 2.7 10.5 / 0.4 Texturizing L4,5 Bus 54014 1 10.5 / 0.4 TF 64 MT, 80 MT Bus 59004 6 10.5 / 0.4

TF - KB Bus 51002 1.6 10.5 / 0.4

TF - NKB Bus 54001 0.8 10.5 / 0.4

TF OLEO + Shipment Bus 53002 3.4 10.5 / 0.4

WS 1 Bus 11000 2 10.5 / 0.4

WS 3 Bus 13000 2 10.5 / 0.4

WS BPT Bus 16000 2 10.5 / 0.4

(19)

Data Beban

Pola operasi beban yang ada di PT. Wilmar Nabati dibagi menjadi 2 yaitu beban

penuh (

peak load

) dan beban normal (

normal load

).

Sistem Kelistrikan

PT. Wilmar Nabati, Gresik

Jenis Beban Beban Penuh Beban Normal

Motor 3 fasa 68.3615 MW 52.9493 MW

Motor 1 fasa 0.0285 MW 0.0007 MW

(20)

Data Kapasitor Bank

Sistem Kelistrikan

PT. Wilmar Nabati, Gresik

ID kapasitor Rating Daya (kVAR) Rating Tegangan (kV) Trafo Keterangan

CAP 2 60 kVAR 0.4 kV Refinery &

Fractination 3000T Continous

CAP 3 420 kVAR 0.4 kV Fatty Acid 01 +

Hydrogenation

Continous

CAP 5 300 kVAR 0.4 kV Stand by

CAP 6 560 kVAR 0.4 kV Finishing Sub Continous

CAP 9 500 kVAR 0.4 kV PKC 1 Continous

(21)

Simulasi dan Analisis

1. Simulasi load flow sistem kelistrikan

pada kondisi peak load dan normal load.

(pengaturan tap trafo)

2. Simulasi harmonic load flow sistem

kelistrikan pada kondisi peak load dan

normal load.

3. Perbandingan tingkat distorsi harmonisa

sebelum

dan

sesudah

pemasangan

peralatan peredam harmonisa yaitu trafo

penggeser fasa dan filter harmonisa pasif.

4. Perhitungan

reaktor

untuk

meredam

gangguan harmonisa bila pemasangan

filter

harmonisa

pasif

masih

belum

berhasil meredam gangguan harmonisa.

(22)

Simulasi dan Analisis

(peak load)

Pengaturan Tap Trafo

Tujuannya adalah untuk memperbaiki nilai tegangan pada bus

Trafo ID Peak Load

Tap trafo Bus_ID _sebelum%V _setelah%V _standar%V

Fatty Acid 01 + Hydrogenation primer (-2.5%) 87 97.72% 99.3% 98-102% 88 98.03% 99.75% 89 98.01% 99.75% 90 97.68% 99.43% 91 98.01% 99.75% 92 97.71% 99.39% 93 97.03% 98.4% 94 97.81% 99.49% 95 97.81% 99.49% 96 97.78% 99.27%

Fatty Acid 02+03 primer _(-2.5%)

97 95.07% 97.83% 98-102% 98 96.02% 98.75% 99 96.5% 99.22% 100 96.46% 99.18% 101 96.14% 98.87% 102 95.25% 98.22% 103 95.67% 98.41% 104 96.49% 99.21% 105 95.93% 98.66%

(23)

Simulasi dan Analisis

(peak load)

Hasil Simulasi Harmonic Load Flow

Data THD

_V

tidak sesuai standar pada kondisi

peak load

di PT. Wilmar Nabati, Gresik

Bus ID Nama Plant dan Panel Nominal _kV Indeks_THD

V

Standard THDV (%)

112 Gas Burner 0.4 6.34 5

186 Gas Burner 0.4 6.34 5

77 Field Tank & Plant Utilities 0.4 5.3 5

(24)

Simulasi dan Analisis

(peak load)

Bus ID Nama Plant dan Panel Nominal _kV Orde Magnitude_(%) _{IHDV (%)}Standard 111 H2 Hydrochem 0.4 5 3.44 3 175 Preparation 0.4 5 3.15 3 113 TF - NKB 0.4 5 3.02 3 112 Gas Burner 0.4 5 5.31 3 186 Gas Burner 0.4 5 5.31 3 26 Gas Burner 0.4 5 3.91 3

4 Outgoing trafo Finishing Sub 0.4 5 3.08 3

72 Air Compressor 0.4 5 3.87 3

75 Beading Plant 0.4 5 3.58 3

76 Packaging 0.4 5 3.03 3

77 Field Tank &_{Plant Utilities} 0.4 5 3.56 3

78 Tank Farm KB1 0.4 5 3.34 3

80 Ref 2500 TPD 0.40.4 57 4.743.04 33

0.4 11 3.4 3

82 CAP10TPB+CIP 0.4 5 3.18 3

84 CAP25TPB 0.4 5 3.21 3

88 112 Glycerine Water Pret 0.4 11 3.14 3

89 113 Glycerine Water Evapo 0.4 11 3.12 3

9 Outcome trafo Fatty Acid 01+ _{Hydrogenation} 0.4 11 3.15 3

90 114 Glycerine Distillation 0.4 11 3.21 3

91 115 0.4 11 3.14 3

92 116 Fatty Acid Distillation 0.4 11 3.09 3

93 119 FA Plant Utilites 0.4 11 3.14 3

94 1181 Hydrogenation 0.4 11 3.39 3

95 1182 Hydrogenation 0.4 11 3.33 3

96 Utilitites Hydrogenation 0.4 11 3.1 3

Hasil Simulasi Harmonic Load Flow

(25)

Simulasi dan Analisis

(peak load)

Hasil Simulasi Harmonic Load Flow

Data THD

_I

tidak sesuai standar pada kondisi

peak load

di PT. Wilmar Nabati, Gresik

Bus

Trafo Trafo Isc (kA) IL (kA) Isc/IL StandarTHD_I THD(%)I

1 Air Comp. 38.2 1.367 27.94 8 9.14

5 Biodiesel 118.2 6.2 19.06 5 4.02

4 Finishing SUB 62.5 1.761 35.49 8 10.7

19 H2 Hydrochem 01 37.2 0.577 64.47 12 19.67

2 Refinery & Frac _3100TPD 154.1 8.724 17.66 5 5.78

(26)

Penggunaan Trafo Penggeser Fasa

(peak load)

(27)

Lokasi 2 : Bus 53002

Penggunaan Trafo Penggeser Fasa

(28)

Simulasi dan Analisis

(peak load)

Penggunaan Trafo Penggeser Fasa

Perubahan nilai indeks gangguan harmonisa tegangan sebelum dan sesudah

pengoperasian trafo penggeser fasa pada saat kondisi

peak load

di 2 lokasi

Trafo ID Bus ID Data Nilai THD sebelum menggunakan phase shifting trafo setelah menggunakan phase shifting trafo Standar

Refinery & Fract 3100 TPD 80 7.09 % 5.85% 5%

Trafo ID Bus ID

Data Nilai IHD

orde sebelum menggunakan phase shifting trafo setelah menggunakan phase shifting trafo Standar Refinery&Fract 3100 TPD 80 ₁₁5 4.74%_3.4% 3.08%_3.4% 3%_3% TF - KB 78 5 3.34% 2.57% 3% H2 Hydrochem 111 5 3.44% 1.45% 3%

(29)

Simulasi dan Analisis

(peak load)

Hasil Simulasi Harmonic Load Flow

Setelah Penggunaan Trafo Penggeser Fasa

Data THD

_V

tidak sesuai standar pada kondisi

peak load

di PT. Wilmar Nabati, Gresik

Bus ID Nama Plant dan Panel Nominal _kV Indeks THD_V Standard THDV

(%)

112 Gas Burner 0.4 5.45 5

186 Gas Burner 0.4 5.45 5

80 Ref 2500 TPD 0.4 5.87 5

(30)

Simulasi dan Analisis

(peak load)

Hasil Simulasi Harmonic Load Flow

Setelah Penggunaan Trafo Penggeser Fasa

Data IHD

_V

tidak sesuai standar pada kondisi

peak load

di PT. Wilmar Nabati, Gresik

Bus ID Nama Plant dan Panel Nominal kV Orde Magnitude_(%) Standard IHDV

(%) 112 Gas Burner 0.4 5 4.62 3 186 Gas Burner 0.4 5 4.62 3 26 Gas Burner 0.4 5 3.22 3 72 Air Compressor 0.4 5 3.26 3 80 Ref 2500 TPD 0.4_0.4 ₁₁5 3.25_3.35 3₃

(31)

Simulasi dan Analisis

(peak load)

Pemasangan Filter Harmonisa Pasif

Keterangan :

Q = Faktor kualitas pada filter (asumsi Q=30) 1. Perbaikan Faktor Daya

∆𝑄 = 𝑃 [tan cos−1𝜑𝑎𝑤𝑎𝑙 − tan cos−1𝜑𝑡𝑎𝑟𝑔𝑒𝑡 ]

2. Kapasitor (C) 𝑘𝑉𝐴𝑅 = 𝑉𝑙−𝑙2 𝑋_𝐶 𝑘𝑉𝐴𝑅 = 𝑉_𝑙−𝑙2 × 𝜔₀𝐶 𝐶 = 𝑘𝑉𝐴𝑅 𝑉𝑙−𝑙2 × 𝜔0 3. Induktor (L) 𝑋𝐿 = 𝑋𝐶 = 𝑋0 𝜔_𝑛𝐿 = 1 𝜔𝑛× 𝐶 𝑋_𝐿 = 𝜔₀𝐿 4. Resistor (L) 𝑄 = 𝑋0 𝑅 𝑅 = 𝑋0 𝑄

(32)

Desain Filter (1)

(peak load)

• Single Tuned Orde 5, frekuensi

Tuning

(𝝎_𝒏) = 250 Hz PF sebelum 91.6% PF sesudah 94%

∆Q = 173 x ( tan θ_awal – tan θ _target)

= 173 x (tan(cos-1 _{0.916)- tan (cos}-1 _0.94)) = 12.9778 kVar

kVar yang digunakan (Q_c) per fasa sebesar 13 kVar Maka, nilai kapasitor sebagai komponen filter adalah 𝐶 = 𝑘𝑉𝐴𝑅

𝑉_𝑙−𝑙2 × 𝜔₀ =

13 𝑘𝑉𝐴𝑅

0.42 _{× (2 × 3.14 × 50)} = 258.76 𝜇𝐹

nilai induktor sebagai komponen filter adalah 𝐿 = 1 𝜔_𝑛2 _{× 𝐶} = 1 (2 × 3.14 × 250)2_{× 258.76 𝜇𝐹} = 1.57 𝑚𝐻 𝑋_𝐿 = 𝜔₀𝐿 = 2 × 3.14 × 50 × 1.57 𝑚𝐻 = 0.496 𝛺 𝑋_𝐶 = 𝑋_𝐿 = 𝑋₀ = 0.496 𝛺

Dan komponen resistansi filternya (asumsi Q = 30) adalah 𝑅 = 𝑋0

𝑄 =

0.496

30 = 0.016 𝛺

(33)

Simulasi dan Analisis

(peak load)

Hasil Simulasi Harmonic Load Flow

Setelah Penggunaan Filter Harmonisa Pasif

Data perubahan THD

_V

pada kondisi

peak load

di PT. Wilmar Nabati, Gresik

Bus ID Nama Plant dan Panel Nominal kV THDV

sebelum sesudahTHDV THDStandard _V(%)

112 Gas Burner 0.4 5.45 3.61 5

186 Gas Burner 0.4 5.45 3.61 5

80 Ref 2500 TPD 0.4 5.87 4.12 5

(34)

Simulasi dan Analisis

(peak load)

Hasil Simulasi Harmonic Load Flow

Setelah Penggunaan Filter Harmonisa Pasif

Data perubahan IHD

_V

pada kondisi

peak load

di PT. Wilmar Nabati, Gresik

Bus ID Nama Plant dan _Panel Nominal _kV Orde _{sebelum (%)}Magnitude _{sesudah (%)}Magnitude Standard IHDV (%) 112 Gas Burner 0.4 5 4.62 2.38 3 186 Gas Burner 0.4 5 4.62 2.37 3 26 Gas Burner 0.4 5 3.22 1.5 3 72 Air Compressor 0.4 5 3.26 1.43 3 80 Ref 2500 TPD 0.4_0.4 ₁₁5 3.25_3.35 2.19_1.64 3₃

(35)

Simulasi dan Analisis

(peak load)

Hasil Simulasi Harmonic Load Flow

Setelah Penggunaan Filter Harmonisa Pasif

Data perubahan THD

_I

pada kondisi

peak load

di PT. Wilmar Nabati, Gresik dari kondisi

awal tidak memenuhi standar

Bus

Trafo Trafo THDI sebelum (%) THDI sesudah (%) Standar THDI(%)

1 Air Comp. 9.14 5.09 8

26 Boiler 114.17 23.69 15

4 Finishing SUB 10.7 7.19 8

19 H2 Hydrochem 01 19.67 8.9 12

2 Refinery & Frac _3100TPD 114.17 23.69 15

(36)

Pemasangan Reaktor

(peak load)

• Nilai tegangan trafo boiler sebelum pemasangan reaktor

= 99.79% x 0.4 kV = 0.39916 kV

• Agar nilai tegangan tetap memenuhi standar, maka penurunan tegangan

maksimal adalah 2% atau

= 97.79% x 0.4 kV = 0.392 kV.

• Maka impedansi reaktor = 2%

𝑍

_{𝑏𝑎𝑠𝑒}

Ω =

𝑘𝑉

2

𝑀𝑉𝐴

=

0.4

2

0.052 = 3.0726 Ω

𝑍 Ω

= 3.0726 Ω 𝑥 2% = 𝟎. 𝟎𝟓𝟓 𝛀

Desain reaktor di Bus 112 (Bus Outgoing Trafo Boiler)

• Untuk mengurangi harmonisa arus

(37)

Pemasangan Reaktor

(peak load)

Desain reaktor di Bus 112 (Bus Outgoing Trafo Boiler)

Bus

Trafo Trafo TDDI sebelum (%) TDDI sesudah (%) Standar TDD (%)

(38)

Simulasi dan Analisis

(peak load)

Hasil Simulasi Harmonic Load Flow

Setelah Penggunaan Reaktor

Data perubahan THD

_I

pada kondisi

peak load

di PT. Wilmar Nabati, Gresik dari kondisi

awal tidak memenuhi standar

Bus

Trafo Trafo THDIsebelum (%) THDI sesudah (%) Standar THDI (%)

1 Air Comp. 9.14 5.09 8

26 Boiler 23.69 6.52 15

4 Finishing SUB 10.7 7.19 8

19 H2 Hydrochem 01 19.67 8.9 12

2 Refinery & Frac _3100TPD 114.17 23.69 15

(39)

Simulasi dan Analisis

(peak load)

Perhitungan Biaya Ekonomis

• Penggunaan trafo penggeser fasa di 2 lokasi yaitu pada trafo H2 Hydrochem 01

dan trafo Refinery&Fract 3100 TPD mampu meredam gangguan harmonisa atau

setara dengan penggunaan 2 filter harmonisa pasif di panel TF OLEO Shipment

dan di panel TF-KB.

Trafo ID Bus ID

Data Nilai IHD

orde sebelum menggunakan phase shifting trafo setelah menggunakan phase shifting trafo Standar Refinery&Fract 3100 TPD 80 ₁₁5 4.74%_3.4% 3.08%_3.4% 3%_3% TF - KB 78 5 3.34% 2.57% 3% H2 Hydrochem 111 5 3.44% 1.45% 3%

(40)

Simulasi dan Analisis

(peak load)

Perhitungan Biaya Ekonomis

• Misalkan pada panel TF OLEO Shipment seharusnya dipasang filter dengan

kapasitas 2642 kVA dan pada panel TF-KB seharusnya dipasang filter dengan

kapasitas 1311 kVA. Sehingga, penghematan yang bisa didapat adalah sebesar

12 $/kVA x [2642 kVA + 1311 kVA] = 47.436 $

= Rp 559.744.800,00

(41)

KESIMPULAN

1. Berdasarkan data pengukuran, orde harmonisa yang dominan di sistem kelistrikan PT.Wilmar Nabati, Gresik adalah orde 5,7,11 dan 13, maka digunakanlah filter jenis

single-tuned

.

2. Penggunaan trafo penggeser fasa dapat meredam harmonisa orde 5 dan 7 tapi tidak bisa meredam harmonisa orde 11. Selain itu tidak di semua lokasi dapat digunakan trafo penggeser fasa, sehingga digunakan filter harmonisa pasif.

3. Pemasangan filter harmonisa pasif dapat meredam semua gangguan harmonisa tegangan dan harmonisa arus sehingga memenuhi standar IEEE 519-1992, pada saat kondisi beban puncak maupun beban normal, kecuali pada plant boiler.

4. Pemasangan reaktor pada sisi outgoing trafo

boiler

efektif untuk meredam harmonisa arus. Perhitungan reaktor perlu dilakukan secara tepat karena bila tidak, dapat menyebabkan penurunan tegangan yang terlalu besar.

5. Penggunaan trafo pengggeser fasa dapat mengurangi penggunaan filter harmonisa sehingga dapat menghemat biaya investasi sebesar Rp 559.744.800,00 untuk peredaman harmonisa di sistem kelistrikan PT.Wilmar Nabati Gresik.

(42)

(43)

Teori Penunjang

Peralatan Peredam Harmonisa (1)

Trafo Penggeser Fasa

Prinsip kerjanya :

Mensuper-posisikan komponen-komponen harmonisa yang ada di dua

cabang beban sistem sehingga saling meniadakan.

(44)

Teori Penunjang

Peralatan Peredam Harmonisa (1)

Trafo Penggeser Fasa

• Memiliki efek peredaman harmonisa yang sama dengan multipulse transformer (12-pulse

transformer). Pada trafo delta/delta (fasa geser 0°) pada sumber yang sama dengan trafo delta/wye.

• Orde harmonisa signifikan = (n x p) ± 1 (n = bilangan integer, p = jumlah pulsa)

• Oleh karena itu system 12 pulsa akan menghasilkan orde dominan ke-11, 13, 23, 25, dst. Namun

akan meredam orde ke-5, 7, 17, 19, dst.

(45)

Catatan Tambahan

Desain Filter

(46)

Desain Filter (1)

(peak load)

Tuning

𝑉_𝑙−𝑙2 × 𝜔₀ =

13 𝑘𝑉𝐴𝑅

0.42 _{× (2 × 3.14 × 50)} = 258.76 𝜇𝐹

𝑄 =

0.496

30 = 0.016 𝛺

(47)

Tuning

∆Q = 173 x ( tan θ_awal – tan θ _target )

kVar yang digunakan (Q_c) per fasa sebesar 11.5 kVar Maka, nilai kapasitor sebagai komponen filter adalah 𝐶 = 𝑘𝑉𝐴𝑅

𝑉_𝑙−𝑙2 × 𝜔₀ =

11.5 𝑘𝑉𝐴𝑅

0.42 _{× (2 × 3.14 × 50)} = 228.9 𝜇𝐹

nilai induktor sebagai komponen filter adalah 𝐿 = 1 𝜔_𝑛2 _{× 𝐶} = 1 (2 × 3.14 × 550)2 _{× 228.9 𝜇𝐹} = 0.366 𝑚𝐻 𝑋𝐿 = 𝜔0𝐿 = 2 × 3.14 × 50 × 0.366 𝑚𝐻 = 0.115 𝛺 𝑋_𝐶 = 𝑋_𝐿 = 𝑋₀ = 0.115 𝛺

𝑄 = 0.115

30 = 0.003 𝛺

Desain filter di Bus 112 (Bus Outgoing Trafo Boiler)

Desain Filter (1)

(48)

Tuning

(𝝎_𝒏) = 350 Hz PF sebelum 96% PF sesudah 99%

𝑉_𝑙−𝑙2 × 𝜔₀ =

26 𝑘𝑉𝐴𝑅

0.42 _{× (2 × 3.14 × 50)} = 517.52 𝜇𝐹

nilai induktor sebagai komponen filter adalah 𝐿 = 1 𝜔𝑛2 × 𝐶 = 1 (2 × 3.14 × 350)2_{× 517.52 𝜇𝐹} = 0.4 𝑚𝐻 𝑋𝐿 = 𝜔0𝐿 = 2 × 3.14 × 50 × 0,4 𝑚𝐻 = 0.126 𝛺 𝑋_𝐶 = 𝑋_𝐿 = 𝑋₀ = 0.126 𝛺

𝑄 = 0.126

30 = 0.0041 𝛺

Desain filter di Bus 112 (Bus Outgoing Trafo Boiler)

Desain Filter (1)

(49)

Tuning

= 368 x (tan(cos-1 _{0.913)- tan (cos}-1 _0.95)) = 43.4792 KVar

kVar yang digunakan (Q_c) per fasa sebesar 43.5 kVar Maka, nilai kapasitor sebagai komponen filter adalah 𝐶 = 𝑘𝑉𝐴𝑅

𝑉_𝑙−𝑙2 × 𝜔₀ =

43.5 𝑘𝑉𝐴𝑅

0.42 _{× (2 × 3.14 × 50)} = 865.843 𝜇𝐹

nilai induktor sebagai komponen filter adalah 𝐿 = 1 𝜔𝑛2 × 𝐶 = 1 (2 × 3.14 × 250)2 _{× 865.843 𝜇𝐹} = 0.468 𝑚𝐻 𝑋𝐿 = 𝜔0𝐿 = 2 × 3.14 × 50 × 0.468 𝑚𝐻 = 0.1471 𝛺 𝑋_𝐶 = 𝑋_𝐿 = 𝑋₀ = 0.1471 𝛺

𝑄 =

0.1471

30 = 0.005 𝛺

Desain filter di Bus 111 (Bus Outgoing Trafo H2 Hydrochem 01)

Desain Filter (2)

(50)

Tuning

∆Q = 1648 x ( tan θ_awal– tan θ _target )

= 1648 x (tan(cos-1 _{0.916)- tan (cos}-1_0.95)) = 251.8179 KVar

𝑉_𝑙−𝑙2 × 𝜔₀ =

252 𝑘𝑉𝐴𝑅

0.42 _{× (2 × 3.14 × 50)} = 5015.92 𝜇𝐹

nilai induktor sebagai komponen filter adalah 𝐿 = 1 𝜔𝑛2 × 𝐶 = 1 (2 × 3.14 × 250)2_{× 5015.92 𝜇𝐹} = 0.081 𝑚𝐻 𝑋_𝐿 = 𝜔₀𝐿 = 2 × 3.14 × 50 × 0.081 𝑚𝐻 = 0.0254 𝛺 𝑋_𝐶 = 𝑋_𝐿 = 𝑋₀ = 0.0254 𝛺

𝑄 =

0.07148

30 = 0.00085 𝛺

Desain filter di Bus 4 (Bus Outgoing Trafo Finishing Sub)

Desain Filter (3)

(51)

Tuning

𝑉_𝑙−𝑙2 × 𝜔₀ =

35 𝑘𝑉𝐴𝑅

0.42 _{× (2 × 3.14 × 50)} = 696.656 𝜇𝐹

𝑄 =

0.183

30 = 0.0061 𝛺

Desain filter di Bus 113 (Bus Outgoing Trafo TF-NKB)

Desain Filter (4)

(52)

Tuning

𝑉_𝑙−𝑙2 × 𝜔₀ =

0.42 _{× (2 × 3.14 × 50)} = 4777.07 𝜇𝐹

𝑄 =

0.02667

30 = 0.000889 𝛺

Desain filter di Bus 72 (Bus Outgoing Trafo Air Compressor)

Desain Filter (5)

(53)

Tuning

= 5414 x (tan(cos-1 _{0.902)- tan (cos}-1_0.95)) = 843.2191 kVar

𝑉_𝑙−𝑙2 × 𝜔₀ =

0.42 _{× (2 × 3.14 × 50)} = 16819.27 𝜇𝐹

𝑄 =

0.00757

30 = 0.000252 𝛺

Desain filter di Bus 2 (Bus Outgoing Trafo Refinery & Frac. 3100TPD)

Desain Filter (6)

(54)

Tuning

(𝝎_𝒏) = 550 Hz PF sebelum 95% PF sesudah 98%

𝑉_𝑙−𝑙2 × 𝜔₀ =

0.42 _{× (2 × 3.14 × 50)} = 14052.55 𝜇𝐹

𝑄 =

0.00187

30 = 0.000062432 𝛺

Desain filter di Bus 2 (Bus Outgoing Trafo Refinery & Frac. 3100TPD)

Desain Filter (6)

(55)

Tuning

𝑉_𝑙−𝑙2 × 𝜔₀ =

0.42 _{× (2 × 3.14 × 50)} = 14769.11 𝜇𝐹

nilai induktor sebagai komponen filter adalah 𝐿 = 1 𝜔𝑛2 × 𝐶 = 1 (2 × 3.14 × 550)2_{× 14769.11 𝜇𝐹} = 5.6755 𝑚𝐻 𝑋_𝐿 = 𝜔₀𝐿 = 2 × 3.14 × 50 × 5.6755 𝑚𝐻 = 0.00178 𝛺 𝑋_𝐶 = 𝑋_𝐿 = 𝑋₀ = 0.00178 𝛺

𝑄 =

0.00178

30 = 0.000059403 𝛺

Desain filter di Bus 9 (Bus Outgoing Trafo Fatty Acid 01+ Hydrogenation)

Desain Filter (7)

(56)

Catatan Tambahan

Summary Desain Filter

(

peak load

)

No. Bus Jenis filter C (𝜇𝐹) L (mH) R (𝒎𝛺) Q

1. 112 Single-tuned orde 5 𝟐𝟓𝟖. 𝟕𝟔 𝟏. 𝟓𝟕 𝟏𝟔 𝟑𝟎 Single-tuned orde 11 𝟐𝟐𝟖. 𝟗 𝟎. 𝟑𝟔𝟔 𝟑 𝟑𝟎 Single-tuned orde 7 𝟓𝟏𝟕. 𝟓𝟐 𝟎. 𝟒 𝟒. 𝟏 𝟑𝟎 2. 111 Single-tuned orde 5 𝟖𝟔𝟓. 𝟖𝟒 𝟎. 𝟒𝟔𝟖 𝟓 𝟑𝟎 3. 4 Single-tuned orde 5 𝟓𝟎𝟏𝟓. 𝟗𝟐 𝟎. 𝟎𝟖𝟏 𝟎. 𝟖𝟓 𝟑𝟎 4. 113 Single-tuned orde 5 𝟔𝟗𝟔. 𝟔𝟓𝟔 𝟎. 𝟓𝟖𝟐 𝟔. 𝟏 𝟑𝟎 5. 72 Single-tuned orde 5 𝟒𝟕𝟕𝟕. 𝟎𝟕 𝟎. 𝟎𝟖𝟒𝟗 𝟎. 𝟖𝟖𝟗 𝟑𝟎 6. 2 Single-tuned orde 5 𝟏𝟔𝟖𝟏𝟗. 𝟐𝟕 𝟎. 𝟎𝟐𝟒𝟏 𝟎. 𝟐𝟓𝟐 𝟑𝟎 Single-tuned orde 11 𝟏𝟒𝟎𝟓𝟐. 𝟓𝟓 𝟎. 𝟎𝟎𝟓𝟗 𝟏. 𝟖𝟕 𝟑𝟎 7. 9 Single-tuned orde 11 𝟏𝟒𝟕𝟔𝟗. 𝟏𝟏 𝟎. 𝟎𝟎𝟓𝟔𝟖 𝟏. 𝟕𝟖 𝟑𝟎

(57)

Catatan Tambahan

Summary Desain Filter

(

normal load

)

No. Bus Jenis filter C (𝜇𝐹) L (mH) R (𝒎𝛺) Q

1. 112 Single-tuned orde 5 𝟔𝟒𝟖. 𝟖𝟗 𝟎. 𝟔𝟐𝟓 𝟔 𝟑𝟎 Single-tuned orde 11 𝟏𝟔𝟓. 𝟐𝟏 𝟎. 𝟓𝟎𝟕 𝟓. 𝟑 𝟑𝟎 Single-tuned orde 7 𝟐𝟎𝟖. 𝟗𝟗 𝟎. 𝟗𝟗 𝟏𝟎. 𝟑 𝟑𝟎 2. 111 Single-tuned orde 5 𝟓𝟑𝟕. 𝟒𝟐 𝟎. 𝟕𝟓𝟓 𝟕. 𝟗 𝟑𝟎 3. 75 Single-tuned orde 5 𝟓𝟒𝟕. 𝟑𝟕 𝟎. 𝟕𝟒𝟏 𝟕. 𝟕𝟓 𝟑𝟎 4. 72 Single-tuned orde 5 𝟏𝟕𝟗𝟏. 𝟒 𝟎. 𝟐𝟐𝟔 𝟐. 𝟑𝟕 𝟑𝟎 5. 80 Single-tuned orde 5 𝟑𝟖𝟖𝟏. 𝟑𝟕 𝟎. 𝟏𝟎𝟒 𝟏. 𝟎𝟗 𝟑𝟎 Single-tuned orde 11 𝟑𝟐𝟔𝟒. 𝟑𝟑 𝟎. 𝟎𝟐𝟓𝟔 𝟎. 𝟐𝟔𝟖 𝟑𝟎 6. 87 Single-tuned orde 11 𝟓𝟓𝟑. 𝟑𝟒 𝟎. 𝟏𝟓𝟏𝟒 𝟏. 𝟓𝟖 𝟑𝟎 Single-tuned orde 13 𝟔𝟑𝟔. 𝟗𝟒 𝟎. 𝟏𝟑𝟏𝟔 𝟏. 𝟑𝟕 𝟑𝟎

(58)

Catatan Tambahan

Desain Reaktor

(

peak load

)

Trafo Kapasitas reaktor (Ω) TDD_I sebelum (%) TDD_I sesudah (%) Standar TDD % V sebelum % V sesudah Boiler 0.055 Ω 23.69 13.56 15 99.79% 97.79%

(59)

Catatan Tambahan

Desain Reaktor

(

normal load

)

Trafo Kapasitas reaktor (Ω) TDD_I sebelum (%) TDD_I sesudah (%) Standar TDD % V sebelum % V sesudah Boiler 0.0234 Ω 43.47 6.36 15 99.79% 97.79% Finishing Sub 0.012 Ω 8.34 3.01 8 99.48% 97.48%

(60)

Catatan Tambahan

Sumber Harmonisa

A. Konverter

Kebanyakan beban yang menimbulkan cacat gelombang (

deforming loads

) adalah beban-beban

yang mengandung konverter (

static converter

). Beberapa contoh yang umum antara lain :

• Lampu

flourescent

, dimmer.

• Komputer

• Perangkat elektronik untuk rumah tangga (TV,

microwave

, pemanas).

• Variable speed drive

(VSD).

• Charger

baterai.

• Uninterruptible Power Supply

(UPS).

B. Tanur Busur Listrik (

Electric Arc Furnace

)

C. Transformator

(61)

Catatan Tambahan

Sumber Harmonisa

A. Konverter

Kebanyakan beban yang menimbulkan cacat gelombang (

deforming loads

) adalah beban-beban

yang mengandung konverter (

static converter

). Beberapa contoh yang umum antara lain :

• Lampu

flourescent

, dimmer.

• Komputer

• Perangkat elektronik untuk rumah tangga (TV,

microwave

, pemanas).

• Variable speed drive

(VSD).

• Charger

baterai.

• Uninterruptible Power Supply

(UPS).

B. Tanur Busur Listrik (

Electric Arc Furnace

)

C. Transformator

D. Mesin-Mesin Berputar

• Pada penyearah enam pulsa, harmonisa yang terjadi hanya pada orde 6

k

+1, dengan

k

adalah

bilangan integer. Orde harmonisa 6

k

+1 untuk harmonisa urutan negatif sedangkan orde

harmonisa 6

k

-1 untuk harmonisa urutan positif.

(62)

Catatan Tambahan

Efek Negatif Harmonisa

• Pengaruh negatif harmonik dapat dikelompokkan menjadi dua, yaitu efek seketika

(

instantaneous effects

) dan efek jangka panjang (

long-term effects

) karena

overheating

.

• Yang termasuk pada efek seketika, contohnya adalah mengganggu pengoperasian

kontroler pada sistem elektonik. Harmonik juga dapat menyebabkan salah

pembacaan (

misreading

) pada pengukuran besaran listrik. Gelombang terdistorsi

pada saluran menimbulkan interferensi pada saluran komunikasi dan rangkaian

kontrol atau monitoring.

• Sedangkan efek jangka panjang yang sering terjadi adalah

overheating

, misalnya

pada kapasitor. Selain itu,

overheating

pada mesin-mesin listrik maupun

transformator terjadi karena adanya rugi-rugi energi tambahan akibat harmonik.

• Pada kabel dan peralatan, rugi-rugi energi tambahan ini disebabkan oleh

bertambahnya nilai rms arus untuk daya aktif yang sama dan bertambahnya

(63)

Catatan Tambahan

Fourier

• Menurut metode Fourier, suatu fungsi periodik dapat diuraikan menjadi

fungsi-fungsi sinusoidal dengan frekuensi, amplitude, dan sudut fasa

tertentu apabila memenuhi syarat-syarat:

• Merupakan fungsi periodik 𝑓 𝜔𝑡 = 𝑓 𝜔𝑡 + 𝑇 dengan T = periode

• Merupakan fungsi kontinyu atau fungsi tak kontinyu dengan jumlah

ketidakkontinyuan yang tertentu selama satu periode

• Selama selang periode, fungsi harus mempunyai harga rata-rata tertentu

• Dalam satu periode T, fungsi harus mempunyai harga maksimum atau

(64)

Catatan Tambahan

Fourier (lanjutan)

Apabila syarat-syarat diatas dipenuhi maka fungsi dapat diuraikan menjadi deret Fourier yang bentuknya

sebagai berikut:

𝑓 𝜔𝑡 =

𝑎0 2

+

𝑛=1 ∞

_(𝑎

𝑛

cos 𝜔𝑛𝑡 + 𝑏

𝑛

sin 𝜔𝑛𝑡)

dengan :

𝑎

₀

=

2 𝑇 0 𝑇

𝑓 𝜔𝑡 𝑑 𝜔𝑡

𝑎

_𝑛

=

2 𝑇 0 𝑇

𝑓 𝜔𝑡 cos 𝑛𝜔𝑡 𝑑(𝜔𝑡)

𝑏

_𝑛

=

2 𝑇 0 𝑇